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施能百科

鋰電池為何不能取代鉛酸電池

2019/6/3 9:28:55??????點擊:

需求

  目前鋰離子電(dian)池主要(yao)(yao)應(ying)用在(zai)手機、平板電(dian)腦等3C類電(dian)子產品(pin)領(ling)域,在(zai)已經商(shang)業化(hua)的(de)(de)電(dian)池中具備最(zui)高的(de)(de)能(neng)量(liang)密度,但(dan)是仍然不能(neng)滿足人們的(de)(de)需求(qiu),為什么?歸結起(qi)來一句話,有限的(de)(de)空間內塞不進去更大的(de)(de)電(dian)芯。人們對3C產品(pin)的(de)(de)體積(ji)、重(zhong)量(liang)有著嚴格(ge)的(de)(de)要(yao)(yao)求(qiu),所以能(neng)夠(gou)提(ti)供給電(dian)池的(de)(de)空間有限。

  性能

  盡管大家都(dou)公(gong)認鋰離(li)子(zi)電池有一統江湖的趨(qu)勢,但是至少(shao)在兩(liang)個方(fang)面他是弱于鉛酸電池的,而(er)這(zhe)兩(liang)點在汽車啟動電源上(shang)更(geng)是招招致命(ming):低溫(wen)性(xing)能和大電流(liu)性(xing)能。


  首先說低溫(wen)(wen)(wen)性能(neng),鉛酸電(dian)(dian)(dian)池在低溫(wen)(wen)(wen)下(xia)的(de)(de)(de)放(fang)電(dian)(dian)(dian)性能(neng)其實還是很(hen)不錯的(de)(de)(de),在-10℃的(de)(de)(de)溫(wen)(wen)(wen)度下(xia)以(yi)10C倍率(lv)放(fang)電(dian)(dian)(dian)時,10V以(yi)上(shang)的(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)壓保持(chi)時間(jian)能(neng)夠(gou)大(da)于90s,這足(zu)以(yi)應(ying)付中國絕大(da)多數地區的(de)(de)(de)惡劣環境;而(er)鋰離(li)子電(dian)(dian)(dian)池的(de)(de)(de)低溫(wen)(wen)(wen)性能(neng)要差上(shang)許(xu)多,尤(you)其是呼聲最高(gao)的(de)(de)(de)LiFePO4(磷酸鐵鋰)材料,其低溫(wen)(wen)(wen)下(xia)的(de)(de)(de)放(fang)電(dian)(dian)(dian)性能(neng)將會急劇衰減,在東(dong)北和西北地區很(hen)難實現實際(ji)應(ying)用,或者說距(ju)離(li)實際(ji)應(ying)用還有很(hen)遠的(de)(de)(de)路要走。

  安全性

  啟(qi)動電(dian)源(yuan)使用在(zai)汽車(che)上大(da)都是固定在(zai)發(fa)動機(ji)艙的位置,且(qie)具有較高的密閉(bi)性,因(yin)此安全性對汽車(che)來(lai)說至(zhi)關重(zhong)要,幾(ji)百安的電(dian)流(liu)瞬間釋放出(chu)來(lai)所帶來(lai)的熱(re)量和潛(qian)在(zai)危險不言而喻。

        鉛酸電池的安全性在目前(qian)的電池系統里屬于(yu)極(ji)高的等級,首先,大電流性能優異意(yi)味著(zhu)電池不(bu)容(rong)易(yi)發生(sheng)意(yi)外;其次,即便發生(sheng)意(yi)外,正負(fu)極(ji)材(cai)料都是(shi)鉛的化(hua)合物,而電解液還是(shi)硫酸溶(rong)液,三者都不(bu)易(yi)燃(ran),只能是(shi)導致周圍的零(ling)部(bu)件燃(ran)燒。

  鋰(li)離子電(dian)池(chi)(chi)的(de)負極材料是石墨,碳材料的(de)一(yi)(yi)種,易(yi)燃(ran)(ran)性就(jiu)不(bu)需要多說了(le)。電(dian)解液是酯(zhi)類(lei)溶劑和鋰(li)鹽(yan),酯(zhi)類(lei)溶劑不(bu)僅易(yi)燃(ran)(ran)而(er)且(qie)還(huan)有(you)極強的(de)揮發性,一(yi)(yi)旦大(da)(da)量(liang)放熱或(huo)者(zhe)在(zai)汽車碰(peng)撞(zhuang)時(shi)容(rong)易(yi)發生燃(ran)(ran)燒甚至爆炸(zha),將事(shi)故推高(gao)一(yi)(yi)個(ge)等級(ji),后果不(bu)堪設(she)想。同時(shi),還(huan)有(you)一(yi)(yi)個(ge)重要的(de)因素不(bu)可忽略,鋰(li)離子電(dian)池(chi)(chi)在(zai)大(da)(da)電(dian)流放電(dian)時(shi)容(rong)易(yi)在(zai)負極形成鋰(li)枝晶(jing),刺穿隔(ge)膜導(dao)致電(dian)池(chi)(chi)內(nei)部短路進而(er)爆炸(zha),這在(zai)鋰(li)電(dian)界是一(yi)(yi)個(ge)共識。

  其實其他的問題還(huan)有很多(duo),比如電(dian)池長期處于高荷電(dian)態(tai)(SOC)下帶來的電(dian)極材料穩定(ding)性等(deng)也是一(yi)個(ge)較大的問題,目前關于其研究(jiu)還(huan)不多(duo),許(xu)多(duo)機理(li)還(huan)不清(qing)楚,等(deng)等(deng),鋰(li)離子電(dian)池的安全性問題太多(duo)了,在(zai)這里(li)就不一(yi)一(yi)說明了。

        成本

  在成本(ben)上(shang)看,鉛酸電(dian)池(chi)的成本(ben)毫無疑問是最低的,無論是電(dian)極(ji)材料,電(dian)解液還是裝配(pei)環境(jing)要求等都(dou)遠遠低于鋰(li)離子電(dian)池(chi)。

  就電(dian)極材料(liao)而言(yan),鋰離子(zi)電(dian)池電(dian)極材料(liao)大都需(xu)要(yao)復雜(za)的工藝(yi)制(zhi)備,且要(yao)經(jing)過一(yi)(yi)個高溫熱處理(li)過程(石墨(mo)化溫度(du)(du)大于2000度(du)(du),正極材料(liao)也大都需(xu)要(yao)七(qi)八百度(du)(du)),成本(ben)大都在15-20w/噸以(yi)上(shang),石墨(mo)可能會(hui)低一(yi)(yi)些;鉛(qian)酸(suan)電(dian)池使用的氧化鉛(qian)和硫酸(suan)鉛(qian)相對來說成本(ben)會(hui)低很多(duo)。

  電解(jie)液的話鋰離子電池使用多個酯類溶劑價格(ge)較高(gao),而(er)且對含水量(liang)有(you)嚴格(ge)的要求,大都在幾(ji)十個ppm以內,電解(jie)質鹽六氟(fu)磷(lin)酸鋰不僅貴而(er)且還(huan)容易分解(jie),造成(cheng)危險,分解(jie)產物(wu)之一(yi)就是(shi)恐怖的HF,百度一(yi)下即可知道它的危害!而(er)鉛酸電池則是(shi)硫酸溶液,這個就不需要多說了吧。

  環境

  目前(qian)社會上(shang)的(de)(de)(de)呼聲大(da)(da)都說鉛(qian)(qian)酸(suan)(suan)電(dian)(dian)池(chi)污染環(huan)境,鋰離(li)子電(dian)(dian)池(chi)對(dui)環(huan)境友好等,其實這是一(yi)個(ge)很大(da)(da)的(de)(de)(de)誤區,之前(qian)由于南方小(xiao)鉛(qian)(qian)酸(suan)(suan)電(dian)(dian)池(chi)廠太多不(bu)注意環(huan)保而大(da)(da)肆排放(fang),而且加上(shang)國家想要縮減(jian)鉛(qian)(qian)酸(suan)(suan)電(dian)(dian)池(chi)的(de)(de)(de)規模,大(da)(da)力發展(zhan)新能源,因此媒(mei)體(ti)的(de)(de)(de)論(lun)調也有較強的(de)(de)(de)針對(dui)性,實際并非如此。

  目前鉛酸電(dian)池(chi)相對(dui)于(yu)鋰離子電(dian)池(chi)而(er)言做得最好的(de)部分就是(shi)回(hui)收(shou)機(ji)制。現在(zai)(zai)鉛酸電(dian)池(chi)主要應用(yong)在(zai)(zai)電(dian)動自行(xing)車和(he)啟動電(dian)源領(ling)域(yu),這(zhe)兩個領(ling)域(yu)都有很強的(de)針對(dui)性,那就是(shi)用(yong)戶在(zai)(zai)換(huan)電(dian)池(chi)時都回(hui)到專門(men)的(de)店里去更換(huan),為什么?可以把舊電(dian)池(chi)折成(cheng)錢買(mai)新的(de)啊!這(zhe)些廢舊的(de)電(dian)池(chi)基本(ben)都會(hui)再回(hui)到專門(men)的(de)鉛板(ban)回(hui)收(shou)工廠進行(xing)二次處理重新制備電(dian)極材料。

  鋰(li)離(li)(li)子電(dian)池你見過有(you)專門的機(ji)構(gou)回收(shou)再用來制備(bei)電(dian)極材料嗎(ma)?原因(yin)如下:第一,鋰(li)離(li)(li)子電(dian)池應用領(ling)域太廣(guang),這就決定了(le)(le)他的回收(shou)難度;第二(er),鋰(li)離(li)(li)子電(dian)池大(da)都(dou)是小型的,平常(chang)大(da)家手機(ji)或者mp3等不用了(le)(le)大(da)都(dou)是直接扔了(le)(le)或者賣了(le)(le),這些電(dian)池最后基本都(dou)躺在(zai)了(le)(le)垃圾桶里面。

        雖然鋰離子電(dian)池(chi)里面(mian)重金屬較少,只有正極材料(liao)含有鈷(gu)金屬,但是扛不(bu)住全世界這么大的用戶(hu)體(ti)量(liang)啊,長期來看,這還是個(ge)問(wen)題,所以(yi)總的來看鉛(qian)酸(suan)電(dian)池(chi)只要在制(zhi)造過(guo)程(cheng)中(zhong)(zhong)注意好相關的環(huan)保措(cuo)施是沒有問(wen)題的,因為在使用中(zhong)(zhong)都是密(mi)封免(mian)維護的,最終又會有相對(dui)應(ying)的回收機制(zhi)。

  總結

  其(qi)實鉛酸電池絕對(dui)算是(shi)化學電源界的(de)一(yi)(yi)(yi)顆(ke)常青樹,誕生(sheng)至今已經有一(yi)(yi)(yi)百多年了(le),近年來雖然(ran)一(yi)(yi)(yi)直(zhi)說要(yao)用(yong)鋰離子電池來取代,但是(shi)我覺得(de)在一(yi)(yi)(yi)些領(ling)域暫時(shi)是(shi)根本(ben)無法取代的(de),至少三五(wu)十年內是(shi)不(bu)可能的(de)。

  大家要(yao)用發展(zhan)的(de)眼光看問(wen)題,鉛酸(suan)電池的(de)研究(jiu)也一直(zhi)在(zai)進步(bu),目前(qian)在(zai)汽車啟動電源領域依然(ran)是(shi)無(wu)敵的(de)存在(zai),鋰離子電池還有(you)很長的(de)路要(yao)走,還年輕,希望日后能有(you)更(geng)高端的(de)電池出現并取代之!

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